GDAL/OGR használata Python nyelvben

Innen: GIS Wiki
(GDAL/OGR szócikkből átirányítva)

A nyílt GDAL/OGR (Geospatial Data Abstraction Library, OpenGIS Simple Features Reference Implementation) könyvtárak számos eszközzel segítik a térképészeti adatok feldolgozását. A GDAL a raszteres, az OGR pedig a vektoros adatok kezeléséért felel. A C++ nyelven írt könyvtárakhoz úgynevezett Python kötéseket készítettek, hogy Python programokból elérhetők legyenek a funkciók. Az alkalmazásprogramozási felület (API) általában pontosan követi a GDAL és OGR könyvtárak C++ implementációiban használt osztályok és eljárások megnevezéseit.

Telepítés

A GDAL/OGR könyvtárak használatához a következőkre van szükség:

  • Python 2.X (Python 3.X a GDAL 1.7.0 verziójától kezdődően). Python 2-höz ajánlott 2.3 és 2.7 közötti verziót használni.
  • libgdal (1.5.0 vagy ennél újabb verzió) a hozzá tartozó header fájlokkal együtt (gdal-devel)
  • numpy (1.0.0 vagy ennél újabb verzió) a hozzá tartozó header fájlokkal együtt (numpy-devel)

A numpy telepítése nem feltétlenül szükséges, viszont sok példaprogram és eszköz használja, ezért ajánlott.

GNU/Linux

A GDAL/OGR könyvtár és a Python kötések telepítését elvégezhetjük distutils vagy setuptools segítségével (az utóbbi használata ajánlott). Setuptools-t használva a telepítést a következő paranccsal végezhetjük el: 

$ sudo easy_install GDAL

Ha nem szeretnénk feltétlenül a legfrissebb verziót használni és megelégszünk az adott Linux disztribúció repozitóriumában fellelhető verzióval, akkor talán legegyszerűbb a csomagkezelőt használni a telepítésre. Ubuntu operációs rendszeren például a következő paranccsal telepíthető a GDAL/OGR könyvtárak Python kötése: 

$ sudo apt-get install gdal-bin python-gdal

Ha forrásból szeretnénk lefordítani a legújabb verziót, akkor a Python kötéshez a --with-python kapcsolót kell használni: 

$ ./configure --with-python

Ezután a szokásos módon a make eszköz elvégzi a fordítást és a telepítést: 

$ make
$ make install

A két könyvtár Python kötését a SWIG eszköz segítségével generálják. Az elérhető hivatalos dokumentáció (http://gdal.org/python) is automatikusan generált, a meglévő C/C++ függvények leírásai alapján.

Windows

A GDAL/OGR könyvtár Python kötésének telepítéséhez a következő lépésekre lesz szükség:

  • GDAL Windows bináris fájlok letöltése és kicsomagolása. Alapesetben csak a gdalwin32exe160.zip nevű fájlra lesz szükség. A könyvtárban fellelhető többi fájl bővítmények fejlesztéséhez szükséges. A zip fájlt bárhova ki lehet csomagolni, példa gyanánt a C:\gdalwin32-1.6 könyvtárat fogjuk használni. A kicsomagolás után a PATH rendszerváltozót módosítani kell, hozzá kell adni a C:\gdalwin32-1.6\bin elérési útvonalat.
  • Létre kell hozni a GDAL_DATA nevű rendszerváltozót, aminek az értéke az adatokat tartalmazó könyvtár neve, jelen esetben C:\gdalwin32-1.6\data.
  • Szükséges lehet az operációs rendszer újraindítása.

Használat

A GDAL Python kötésében öt főmodult érhetünk el a következő módon: 

>>> from osgeo import gdal
>>> from osgeo import ogr
>>> from osgeo import osr
>>> from osgeo import gdal_array
>>> from osgeo import gdalconst

Buktatók

Annak ellenére, hogy a Python kötések használata teljesen elrejti a mögöttes C++ könyvtárat, használata pár apró dologban mégis eltér a megszokott Python modulok használatától, amire érdemes figyelnie a Python programozónak:

A Python kötés nem használ kivételeket

A Python kötés alapértelmezetten nem használja a kivételeket, ehelyett meghatározott hibaértéket térít vissza az adott függvény, és egy hibaüzenet jelenik meg a standard kimeneten. Például ha egy nemlétező fájlt próbálunk megnyitni, ez az alapértelmezett működés: 

>>> from osgeo import gdal
>>> gdal.Open('/home/user/nincsilyen.img')
ERROR 4: `/home/user/nincsilyen.img' does not exist in the file system,
and is not recognised as a supported dataset name.
>>>

Ha mégis használni szeretnénk a kivételeket, akkor ezeket explicit módon engedélyezni kell az UseExceptions() meghívásával. 

>>> from osgeo import gdal
>>> gdal.UseExceptions()        # Kivetelek engedelyezese
>>> gdal.Open('/home/user/nincsilyen.img')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
RuntimeError: `/home/user/nincsilyen.img' does not exist in the file system,
and is not recognised as a supported dataset name.
>>>

Ez megkötés a visszamenőleges kompatibilitás miatt szükséges.


A Python összeomlik, ha egy olyan objektumot használunk, ami összefügg egy már előzőleg törölt objektummal

A GDAL és OGR objektumok valójában C++ objektumok, amik mutatókkal kapcsolódnak egymáshoz. Megtörténhet, hogy a Python garbage collector felszabadítja egy objektum tárhelyét (vagy a programozó töröl egy objektumot del-lel), miközben egy másik objektum mutatóval hivatkozik rá. Ilyenkor a Python összeomlik. A következő példában egy bemeneti állományt megnyitva létrehozunk egy objektumot, majd egy másikat, ami a háttérben hivatkozik az elsőre (C++ mutatóval). Ezután kitöröljük az első objektumot és meghívjuk a másodiknak egy metódusát. Ennyi elég ahhoz, hogy a Python összeomoljon. 

>>> from osgeo import gdal
>>> adat = gdal.Open('/home/user/valami.img')
>>> band = adat.GetRasterBand(1) # Egy uj objektum letrehozasa, ami kapcsolatban van az adat objektummal
>>> del adat           # Toroljuk az adat objektumot
>>> band.GetMinimum();    # A band objektum egy metodusanak hivasa es a Python osszeomlik
Segmentation fault (core dumped)

A következő példában a garbage collector törli automatikusan az osgeo.gdal.Dataset típusú objektumot még mielőtt a GetMinimum() metódus meghívódna, mert a osgeo.gdal.Band objektum létrehozása után erre már nincs szükség (a Python "logikája" szerint, ami nem tudhat a háttérben levő C++ implementáció részleteiről). 

>>> from osgeo import gdal
>>> print gdal.Open('/home/user/valami.img').GetRasterBand(1).GetMinimum()
Segmentation fault (core dumped)

Fájlkezelés

A különböző fájltípusoknak és más adatforrásoknak a kezelésére az GDAL/OGR könyvtárak úgynevezett meghajtókat (vagy driver­eket) használnak. Például a következő Python kóddal tudjuk megvizsgálni, hogy milyen OGR driver­ek állnak rendelkezésünkre: 

from osgeo import ogr
driverList = []

for i in range(ogr.GetDriverCount()):
  driver = ogr.GetDriver(i)
  driverName = driver.GetName()
  if not driverName in driverList:
    formatsList.append(driverName)

for i in formatsList:
  print i

A kiírt nevek alapján azonosíthatjuk a megfelelő drivert. A Shape fájl formátumot például az „ESRI Shapefile” nevű meghajtóval kezelhetjük. A megfelelő driver név szerint is elérhető (ha nincs telepíve az adott nevű driver, akkor a GetDriverByName függvény None értéket térít vissza). A Shape fájlokat kezelő meghajtót tehát a következő függvényhívással érhetjük el: driver = ogr.GetDriverByName('ESRI Shapefile') Az állományt ezután a meghatón keresztül nyitjuk meg az Open függvény segítségével, aminek első paramétere az állomány neve (teljes elérési útvonal), a második pedig egy egész szám, aminek értéke 0 vagy 1 lehet. A második paraméter 0, ha az állományt csak olvasásra nyitjuk meg, az érték 1 ha írni is szeretnénk bele. 

file = driver.Open(filename, 0)
if file is None:
  print ('Nem tudtam megnyitni a fájlt!')

Amennyiben a meghajtó nem tudta megnyitni az állományt, akkor a None értéket adja vissza. Ez a helyzet akkor fordulhat elő, ha a Shape fájl tartalma sérült vagy az shx vagy dbf fájl nem található.

Támogatott adatformátumok

A GDAL segítségével számos raszteres formátumot (állománytípust vagy egyéb adatforrást) tudunk kezelni. Az OGR könyvtár vektoros formátumú fájlokat kezel. A következőkben felsoroljuk a támogatott raszteres illetve vektoros állománytípusokat:

Példaprogramok

Térképészeti adat kinyerése OGR-ban

Röviden megmutatjuk az ESRI Shape fájlban található réteghez (layer) valő hozzáférés. Ezt a funkciót a GetLayer(index) függvény biztosítja. Shape fájlok esetében az index mindig 0 (vagy el is lehet hagyni ezt a paramétert), az index csak olyan formátumok esetében hasznos, mint pl. a GML vagy a TIGER. A következő sorral tehát a Shape fájl egyetlen rétegét szerezzük be: 

layer = datasource.GetLayer()

Ezután következik a rétegen található elemek (features) beolvasása. A feature­-ek számát a layer GetFeatureCount() függvényével kérhetjük le, és az egyes feature­ek a GetFeature(index) függvénnyel érhetjük el. Vagy végig lehet menni az összes feature­en a következő kóddal: 

feature = layer.GetNextFeature()
while feature:
  # feldolgozás
  feature = layer.GetNextFeature()
  layer.ResetReading() #ha újra kell kezdeni a beolvasást

A Shape fájlunk csak egyetlen feature­t tartalmaz, ezért a GetNextFeauter() egyszeri meghívásával megoldjuk a hozzáférést. Az elem mértani objetkumát a GetGeometryRef() függvénnyel kérhetjük le, típusát pedig a GetGeometryType() vagy GetGeometryName() függvénnyekkel ellenőrizhetjük le. A következő sorokban például azt ellenőrizzük le, hogy a poligon vagy multipoligon típusú elemmel van­-e dolgunk: 

geometry = feature.GetGeometryRef()
if geometry.GetGeometryName() == 'POLYGON' or geom.GetGeometryName() =='MULTIPOLYGON':
  # feldolgozás

A típusokat az OGR konstansaival (pl. ogr.wkbPoint, ogr.wkbLineString, ogr.wkbPolygon, ogr.wkbMultiPoint, ogr.wkbMultiLineString, ogr.wkbMultiPolygon, stb.) is azonosíthatjuk.

OGR Attribútumok

Az attribútomokat a GetField() függvénnyel és annak variációival érhetjük el. Például: 

attr = feature.GetField('id')
attrstr = feature.GetFieldAsString('id')

Az attribútumok számát a GetFieldCount() függvénnyel kapjuk meg.


Shape file geometriájának egyszerűsítése

A következő Python kód egy Shape file geometriáját egyszerűsíti, adott toleranciával. A fontosabb sorokhoz magyarázatot fűztünk. 

#!/usr/bin/python
# ­*­ coding: utf­8 ­*­

import os, sys
from osgeo import ogr

# infile ­ bemeneti állomány neve
# outfile ­ kimeneti állomány neve
# tolerance ­ a egyszerűsítés paramétere

def simplify(infile, outfile, tolerance):
  # az ESRI Shapefile meghajtó
  driver = ogr.GetDriverByName('ESRI Shapefile')
  
  # olvasásra nyitjuk meg a bemeneti állományt
  infile = driver.Open(infile,0)
  if infile is None:
    print 'Nem tudom megnyitni a(z) ', infile, ' nevű állományt!'
    sys.exit(1)

  # a bemeneti állomány adatai: layer, feature, geometry
  inputLayer = infile.GetLayer()
  inputFeature = inputLayer.GetNextFeature()
  geom = inputFeature.GetGeometryRef()
  geomType = geom.GetGeometryType()

  # a kimeneti állomány létrehozása
  if os.path.exists(outfile):
    os.remove(outfile)
  try:
    output = driver.CreateDataSource(outfile)
  except:
    print 'Nem tudom létrehozni a(z)', outfile, ' nevű állományt!'
    sys.exit(1)

  # réteg létrehozása a kimeneten
  outputLayer = output.CreateLayer('Tolerance',geom_type=geomType,srs=inputLayer.GetSpatialRef())
  if outputLayer is None:
    print 'Nem tudom lérehozni a megfelelő layer­t a kimeneti állományban!'
    sys.exit(1)
  outputLayerDef = outputLayer.GetLayerDefn()
  featureID = 0

# végigmegyünk az összes elemen
while inputFeature:
  # az eredeti geometria
  geometry = inputFeature.GetGeometryRef()
  # az egyszerűsített geometria
  simplifiedGeom = geometry.Simplify(tolerance)
  # megpróbálunk létrehozni egy új feature­t az egyszerűsített geometriával
  try:
    newFeature = ogr.Feature(outputLayerDef)
    newFeature.SetGeometry(simplifiedGeom)
    newFeature.SetFID(featureID)
    outputLayer.CreateFeature(newFeature)

  except:
    print "Nem tudtam létrehozni az egyszerűsített geomatriát!"

  newFeature.Destroy()
  inputFeature.Destroy()
  inputFeature = inputLayer.GetNextFeature()
  featureID += 1
  infile.Destroy()
  output.Destroy()
  print "Az egyszerűsítést sikeresen végrehajtottam"

return

# a parancssorban átadott paraméterek
if (len(sys.argv) < 4):
  print ('Használat: python simplify.py <bemenet> <kimenet> <tolerancia>')
  sys.exit(0)

# az egyszerűsítő függvény meghívása
simplify(sys.argv[1], sys.argv[2], float(sys.argv[3]))


Népsűrűség ábrázolása térképen

Az alábbi kód, egy meglévő shapefile rétegre egy másikat generál, egy megadott atríbútum táblából, aminek segítségével szemlélteti, hogy az adott területeken mekkora a népsűrűség. Ehhez pontokat generál, egy pont 100 embert reprezentál. 

from osgeo import ogr
import random
# shapefile megnyitasa ogr reteg letrehozasa elso feature lekerese
source = ogr.Open("GIS_CensusTract_poly.shp")
county = source.GetLayer("GIS_CensusTract_poly")
feature = county.GetNextFeature()
# kimeneti shapefile es reteg letrehozasa
driver = ogr.GetDriverByName('ESRI Shapefile')
output = driver.CreateDataSource("PopDensity.shp")
dots = output.CreateLayer("PopDensity", geom_type=ogr.wkbPoint)
while feature is not None:
  field_index = feature.GetFieldIndex("POPULAT11")
  population = int(feature.GetField(field_index))
  # 1 pont szaz embert reprezental 
  density = population / 100
  count = 0   
  while count < density:
    geometry = feature.GetGeometryRef()
    minx, maxx, miny, maxy = geometry.GetEnvelope()
    x = random.uniform(minx,maxx)
    y = random.uniform(miny,maxy)
    f = ogr.Feature(feature_def=dots.GetLayerDefn())
    wkt = "POINT(%f %f)" % (x,y)
    point = ogr.CreateGeometryFromWkt(wkt)
    # Csak akkor hasznaljuk a pontot, ha benne van az adott alakzatban
    if feature.GetGeometryRef().Contains(point):
        f.SetGeometryDirectly(point)
        dots.CreateFeature(f)
        count += 1
    # objektum eltorlese
    f.Destroy()
  feature = county.GetNextFeature()
source.Destroy()
output.Destroy()

Hivatkozások

http://www.gdal.org/

https://pcjericks.github.io/py-gdalogr-cookbook/

http://www.osgeo.org/gdal_ogr

http://geoexamples.com/

http://www.digital-geography.com/create-and-edit-shapefiles-with-python-only/

A lap eredeti címe: „http://gis.inf.elte.hu/giswiki/index.php?title=GDAL/OGR_használata_Python_nyelvben&oldid=272”